基于高端FPGA的IC验证平台的PI分析

3.2 单节点仿真

根据计算在系统中采用3.3V电平的I／O SSO电流总和不超过10A(由I／O连接的外设以及VCCO来决定)。选择Artesvn Technologies公司的单输出10A DC-DC转换器作为电压调节模块(VRM)，输入5.0V，输出3.3V，取动态电流(Delta Current)为10A，纹波容限(Ripple Tolerance)为5％。于是3.3V／GND电源地平面对的目标阻抗为16.5mΩ。

去耦／旁路电容网络的设计，一般而言，按电源情况，PDS的每个VCC电源管脚应具备一个电容。将大量电容值并联组合的目标是在从500kHz到500MHz的频率范围内，保持平稳的低电源阻抗。高值(低频)和低值(高频)电容都需要。通常，低值电容对总阻抗的影响较小，因此需要使用更多的低值电容，使得其对阻抗的总影响与较少数量的高值电容产生的总影响相同。

为了保持平稳的总阻抗值，防止出现反谐振尖峰，通常，每10倍电容值范围至少需要1个电容。典型的陶瓷电容值范围通常为从0.001μF至4.7μF。电容值越多越好，因为这样产生的总阻抗值越平稳。同时需要考虑PCB板的布局空间以及成本。

产生相对平稳的阻抗的电容比率为电容值每降低10倍，电容数量约增加一倍。此外，需要钽电容、OS-CON(SANYO的有机半导体铝固体电解电容)的电容或其他电解电容等低频电容。这些高值电容的ESR通常高于贴片陶瓷电容，因此可以在更广泛的频率范围内起作用，也因而不太容易产生反谐振尖峰。所以，不必严格遵循每10倍电容值一个电容的规则。一般而言，在从470μF至1000μF的范围内配置一个值就够了。表3显示了可实现平衡的去耦网络电容百分比(经验值)。然后通过运行单节点仿真来验证选择的不同值的电容数量是否可以在频率范围内维持目标阻抗?

对于电容的模型，陶瓷电容可以采用Murata、TDK网站提供的电容模型库或Cadence Allegro软件安装目录下的参考模型库。而对于钽电容，可以使用KEMET以及SANYO等公司的提供的Spice软件提供的ESR、ESL、谐振频率以及封装信息，创建对应的钽电容模型。

图4所示为单节点仿真结果(考虑最高工作频率为266MHz)。由于单节点没有考虑电容在PCB中的具体位置，SQ-PI提供了一个电容数量的参考值／建议值。然后需要多节点仿真再进行更精确的分析与验证。

3.3 多节点仿真

单节点仿真可以确定去耦电容的数量，但电源系统的阻抗不仅取决于去耦电容的数量，还取决于电容的分布位置。为了获得更精确的结果，应该布好去耦电容、噪声源以及VRM，然后在整个频率范围内进行多节点仿真。不同于单节点仿真，此时SQ PI使用一个带恒流源和恒压源的理想电路来连接去耦电容和VRM。多节点仿真对物理设计中这些文件的实际布局进行精确的仿真。